WO2019143012A1 - 비행체에 장착되는 3축 회전 장치 - Google Patents

비행체에 장착되는 3축 회전 장치 Download PDF

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WO2019143012A1
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frame
housing
axis
coupled
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PCT/KR2018/014438
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송영길
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엘지이노텍(주)
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Definitions

  • the embodiment relates to a three-axis rotating device mounted on a flying body.
  • the flight vehicle When a camera is mounted on a flight vehicle, the flight vehicle rotates three-dimensionally at a predetermined angle during flight, so that a three-axis rotation device can be used to prevent the camera from being influenced by the three-dimensional rotation of the flight vehicle.
  • the three-axis rotating device compensates for the three-dimensional rotation of the flying object, thereby preventing the camera mounted on the flying object from being affected by the three-dimensional rotation of the flying object.
  • a three-axis rotating device is mounted on a flight body and a three-axis rotating device can be used by mounting a camera on the three-axis rotating device, it is preferable that the three-axis rotating device has a small posture maintaining structure, Do.
  • the embodiment relates to a three-axis rotating device mounted on a flying object.
  • One embodiment of the three-axis rotating device includes a driving unit; A first housing rotatable about a first axis with respect to the driving unit, the first housing receiving the first motor; A second housing rotatable about a second axis perpendicular to the first axis with respect to the first housing and receiving the second motor; A third housing rotatable about a third axis perpendicular to the first and second axes with respect to the second housing, the third housing receiving the third motor, and the camera being mounted; A first connection part disposed between the first motor and the first housing along an outer peripheral surface of the first motor; A second connecting portion disposed between the second motor and the second housing along an outer peripheral surface of the second motor; And a third connecting portion disposed between the third motor and the third housing along an outer peripheral surface of the third motor, wherein the first connecting portion, the second connecting portion, and the third connecting portion are formed of a soft material, And may be electrically connected to the driving unit.
  • first connection portion includes a flexible circuit board and electrically connects the drive portion and the first motor
  • second connection portion includes a flexible circuit board, and electrically connects the first motor and the second motor
  • third connection part includes a flexible circuit board, and may electrically connect the second motor and the third motor.
  • One embodiment of the three-axis rotating device includes a first frame to which the first housing is fixed and which rotates about the first axis by the operation of the first motor; A second frame fixed to the second housing and rotating about the second axis by operation of the second motor; And a third frame fixed to the third housing and rotating about the third axis by operation of the third motor.
  • the first connection portion includes a first fluid portion that is wound or unwound relative to the first motor when the first frame rotates and a first fixing portion that is fixed to the first frame and rotates, And a second fixed portion rotated and fixed to the second frame when the second frame rotates, and the third fixed portion rotates when the third frame rotates And a third fixed part that is fixed to the third frame and rotates.
  • first motor is mounted to the driving unit to rotate about the first axis with respect to the driving unit and the second motor is mounted to the first frame to rotate about the second axis with respect to the first frame
  • the third motor may be mounted on the second frame to rotate about the third axis with respect to the second frame.
  • first frame is mounted with a second motor control section for controlling the operation of the second motor at a position corresponding to the second motor in the second axial direction, And a third motor control unit for controlling the operation of the third motor is mounted at a position corresponding to the axial direction.
  • the second motor control unit includes a first connector to be coupled to the first connection unit and a second connector to be coupled to the second connection unit, To a portion formed to be bent and extended.
  • One embodiment of the three-axis rotating device may further comprise a first cover covering the second motor control part and a part of the first connection part.
  • the third motor control unit includes a third connector coupled to the second connection unit and a fourth connector coupled with the third connection unit, and the fourth connector is connected to the third motor control unit in the third axial direction To a portion formed to be bent and extended.
  • One embodiment of the three-axis rotating device may further include a second cover covering a part of the third motor control portion and the second connection portion.
  • each connection portion is disposed in a wound state in each frame as in the above-described structure, the space in which each connection portion is disposed in the three-axis rotation device can be remarkably reduced, .
  • the rotation speed, the rotation angle, the rotation direction, and the like are separately measured by the separate position sensing means for the first frame to the third frame, and the main control unit determines the first frame to the third It is possible to perform feedback control on the rotation operation of the frame.
  • the three-axis rotating apparatus of the embodiment can precisely and effectively perform the position control of the camera mounted thereon.
  • the surface area of the stator is increased due to the recesses, and the increased surface area widens the heat dissipation area, so that the motor including the rotor and the stator of the embodiment can efficiently proceed cooling. Further, since the concave portion can reduce the weight of the stator, the three-axis rotating device can be lightened.
  • the first frame to the third frame, the first housing to the third housing, and the first cover to the second cover are formed of aluminum having a high heat transfer coefficient, whereby the surface area of the three- The first to third motors, the second motor control section, and the third motor control section can be effectively cooled.
  • the camera is detachably attached to the third frame, it is possible to facilitate repair or replacement of the camera.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a three-axis rotating device of one embodiment.
  • Figure 2 is a view of Figure 1 rotated about a first axis
  • FIG. 3 is a view showing a part of FIG. 2 removed.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a second motor portion of an embodiment.
  • FIG. 5 is a diagram showing a third motor control portion of an embodiment.
  • FIG. 6 is a diagram showing the structure of the first frame to the third frame in the embodiment.
  • FIG. 7 is an exploded view of Fig.
  • FIG. 8 is a diagram showing a first motor, a second motor, or a third motor in the embodiment.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view of a third motor portion of one embodiment.
  • FIG 10 and 11 are views for explaining the operation of the first stopper and the second stopper in one embodiment.
  • FIG. 12 is a view for explaining a heat transfer structure of a three-axis rotary device according to an embodiment.
  • FIG. 13 is a view for explaining a structure of a third frame and a camera of an embodiment.
  • the upper or lower when it is described as being formed on the "upper” or “on or under” of each element, the upper or lower (on or under Quot; includes both that the two elements are in direct contact with each other or that one or more other elements are indirectly formed between the two elements. Also, when expressed as “on” or “on or under”, it may include not only an upward direction but also a downward direction with respect to one element.
  • top / top / top and “bottom / bottom / bottom”, as used below, do not necessarily imply nor imply any physical or logical relationship or order between such entities or elements, And may be used to distinguish one entity or element from another entity or element.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a three-axis rotating device of one embodiment.
  • Fig. 2 is a view of Fig. 1 rotated about the first axis A1.
  • FIG. 3 is a view showing a part of FIG. 2 removed.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a portion of a second motor 320 of one embodiment.
  • 5 is a diagram illustrating a portion of a third motor 330 of one embodiment.
  • 6 is a diagram showing the structures of the first frame 510 to the third frame 530 of the embodiment. 7 is an exploded view of Fig.
  • a camera 700 is mounted on the three-axis rotary apparatus of the embodiment, and the three-axis rotary apparatus itself can be mounted on a flying object such as a drone. At this time, the three-axis rotating device allows the camera 700 to maintain its original attitude regardless of the three-dimensional rotation of the flying object.
  • the three-axis rotating device can rotate three-dimensionally. That is, the three-axis rotating device includes a portion that rotates about the first axis A1, a portion that rotates about the second axis A2 that is perpendicular to the first axis A1, a portion that rotates about the first axis A1, And a portion rotating about a third axis A3 perpendicular to the second axis A2.
  • the three-axis rotating device can rotate three-dimensionally, and when the flying object performs three-dimensional rotation, the three-axis rotating device performs three-dimensional rotation that compensates the rotation of the flying object,
  • the mounted camera 700 can maintain its original posture irrespective of the three-dimensional rotation of the air vehicle.
  • the three-axis rotating device may include a first frame 510, a second frame 520, a third frame 530, and a driving unit 100.
  • the first frame 510 has an entirely bent shape and may have one side mounted on the driving unit 100 and the other side mounted with the second frame 520 in the direction of the second axis A2.
  • the first frame 510 can rotate about the first axis A1 with respect to the driving unit 100 by the operation of the first motor 310.
  • the second frame 520 also has a bent shape as a whole and is mounted on the first frame 510 at one side with respect to the bent portion and the third frame 530 at the other side in the direction of the third axis A3 .
  • the second frame 520 may be rotated about the second axis A2 with respect to the first frame 510 by the operation of the second motor 320.
  • One side of the third frame 530 is mounted on the third frame 530, and the camera 700 can be mounted.
  • the third frame 530 can be rotated about the third axis A3 with respect to the third frame 530 by the operation of the third motor 330.
  • the driving unit 100 is electrically connected to the first to third motors 310 to 330 and controls the operations of the first to third motors 310 to 330 and supplies current Can supply.
  • the driving unit 100 may control the first to third motors 310 to 330 as follows. First, the driving unit 100 may control the first to third motors 310 to 330 in order to maintain the posture of the camera 700.
  • the camera 700 mounted on the air vehicle has yaws rotating at a predetermined angle about the first axis A1, yaws about the second axis A2 A pitch that rotates at a predetermined angle about a third axis A3 and a roll rotating at a predetermined angle is generated.
  • the driving unit 100 controls the rotation angles of the first to third motors 310 to 330 so as to correct the yaw, roll and pitch of the camera 700 so that the camera rotates three- ) Can be maintained.
  • the driving unit 100 may actively control the first motor 310 to the third motor 330 to control the photographing direction of the camera 700. That is, the driving unit 100 controls the first motor 310 to the third motor 330 to rotate the first frame 510 to the third frame 530 by a desired angle, and the third frame 530 The photographing direction of the mounted camera 700 can be adjusted.
  • the three-axis rotating device includes a damper 10, a first housing 210 to a third housing 230, a first cover 610, and a second cover 620 .
  • the damper 10 is disposed at a joint portion between the three-axis rotating device and the flying object, and can mitigate an impact applied to the three-axis rotating device from the flying object.
  • the damper 10 may be provided in a required number of positions at a coupling portion between the three-axis rotating device and the flying object.
  • the first housing 210 rotates about the first axis A1 with respect to the driving unit 100 and the first motor 310 may be disposed therein.
  • the first housing 210 is fixed to the driving unit 100 and therefore the first frame 510 can be rotated about the first axis A1 by the operation of the first motor 310.
  • the first housing 210 and the first frame 510 can be integrally formed and the first housing 210 can rotate together with the first frame 510 about the first axis A1 have.
  • the second housing 220 rotates about the second axis A2 perpendicular to the first axis A1 with respect to the first housing 210 and the second motor 320 is disposed inside the second housing 220 have.
  • the second housing 220 is fixed to the first frame 510 so that the operation of the second motor 320 allows the second frame 520 to rotate about the second axis A2 .
  • the second housing 220 and the second frame 520 may be integrally formed and the second housing 220 may rotate together with the second frame 520 about the second axis A2 have.
  • the third housing 230 rotates about the third axis A3 perpendicular to the first axis A1 and the second axis A2 with respect to the second housing 220 and the third A motor 330 may be disposed, and a camera 700 may be mounted on the third frame 530.
  • the third housing 230 is engaged with the second frame 520 so that the operation of the third motor 330 allows the third frame 530 to rotate about the third axis A3 .
  • the third housing 230 and the third frame 530 may be integrally formed and the third housing 230 may rotate together with the third frame 530 about the third axis A3 have.
  • the camera 700 Since the camera 700 is mounted on the third frame 530, as the first frame 510 to the third frame 530 rotate about the first axis A1 to the third axis A3, The camera 700 can also rotate around the first axis A1 to the third axis A3.
  • the first cover 610 may be coupled to the first frame 510 to cover a portion of the second motor control unit 511 and the first connection unit 410. That is, when the first cover 610 is coupled to the first frame 510, a space may be formed between the first cover 610 and the first frame 510, 511 and a part of the first connection part 410 are accommodated and the first cover 610 covers and protects part of the second motor control part 511 and the first connection part 410.
  • the second cover 620 may be coupled to the second frame 520 to cover a portion of the third motor 330 and the second connection portion 420.
  • a space may be formed between the second cover 620 and the second frame 520 when the second cover 620 is coupled to the second frame 520, A portion of the third motor 330 and the second connection portion 420 is accommodated and the second cover 620 covers and protects part of the third motor 330 and the second connection portion 420 .
  • connection part may be electrically connected to the driving part 100 and may include the first connection part 410 to the third connection part 430.
  • the first connection part 410 may be disposed between the first housing 310 and the first motor 310 along the outer circumferential surface of the first motor 310.
  • the second connection portion 420 may be disposed between the second motor 320 and the second housing 220 along the outer circumferential surface of the second motor 320.
  • the third connection part 430 may be disposed between the third motor 330 and the third housing 230 along the outer circumferential surface of the third motor 330.
  • the first connection part 410, the second connection part 420 and the third connection part 430 may be formed of a flexible material and may be electrically connected to the driving part 100. That is, the first connection part 410, the second connection part 420 and the third connection part 430 are sequentially electrically connected to each other, and the first connection part 410 is electrically connected to the driving part 100 Can be connected.
  • first connection part 410 electrically connects the driving part 100 and the first motor 310
  • second connection part 420 electrically connects the first motor 310 and the second motor 310
  • third connection part 430 may electrically connect the second motor 320 and the third motor 330 to each other.
  • connection portion may be disposed inside the housing to surround the motor, and both ends may be electrically connected to the driving portion 100, the motor control portion, or the camera 700. Some of the portions connected to the motor control portion of the connection portion may be accommodated in the housing and the other portion may be accommodated in the cover.
  • both ends of the first connection part 410 may be electrically connected to the driving part 100 on one side and electrically connected to the second motor control part 511 on the other side. At this time, a portion of the first connection unit 410 connected to the second motor control unit 511 may be received in the first cover 610.
  • Both ends of the second connection part 420 may be electrically connected to the second motor control part 511 on one side and electrically connected to the third motor 330 on the other side.
  • a portion of the second connection portion 420 connected to the second motor control portion 511 is accommodated in the second housing 220 and a portion connected to the third motor 330 is accommodated in the second cover 620 .
  • Both ends of the third connection part 430 may be connected to the third motor 330 at one side and electrically connected to the camera 700 at the other side. At this time, a portion of the third connection portion 430 connected to the third motor 330 and a portion connected to the camera 700 may all be housed in the third housing 230.
  • a spacing space may be formed between the housing and the motor.
  • the spacing space may be formed between the inner surface of the housing and the outer surface of the motor.
  • the connection portion may be disposed in the spacing space.
  • the connection portion may include a first connection portion 410 disposed in a spaced-apart space between the first housing 210 and the first motor 310, a second connection portion 410 disposed between the second housing 220 and the second motor 310, And a third connecting part 430 disposed in a spaced space between the third housing 230 and the third motor 330.
  • the second connecting part 420 is disposed in a space between the third housing 230 and the third motor 330, .
  • first housing 210 and the first motor 310 between the second housing 220 and the second motor 320, between the third housing 230 and the third motor 330, And a center portion of the first connection portion 410, the second connection portion 420, and the third connection portion 430 may be respectively accommodated in the spaced spaces.
  • connection portion may be formed of a flexible material so as to be wound around the outer circumferential surface of the motor and deformable in the circumferential direction and the radial direction of the motor.
  • connection part 410 the winding form of the first connection part 410 among the connection parts will be described in detail with reference to FIG. Since the second connecting portion 420 and the third connecting portion 430 are also wound in the same manner as the first connecting portion 410, a duplicate description thereof will be omitted.
  • the second motor 320 may include a rotor 2100 and a stator 2200. At this time, the stator 2200 is disposed on the inner side, and the rotor 2100 is disposed on the outer side of the stator 2200.
  • the second connection portion 420 may be disposed in the circumferential direction of the rotor 2100 in a spaced space SP between the outer circumferential surface of the rotor 2100 and the inner surface of the second housing 220.
  • the second housing 220 may be disposed so as to surround the second connection portion 420 in a shape corresponding to the arc-shaped protrusion of the second frame 520 .
  • the first connection unit 410 may be formed of a flexible circuit board (FPCB), and the first connection unit 410 may include a plurality of circuits or wires for electrical connection. .
  • FPCB flexible circuit board
  • the first connecting part 410 may include a first moving part wound and unwound around the first motor 310 and a first fixing part fixed to the first frame.
  • the length of the first flow portion of the first connection portion 410 may be greater than the length of the outer periphery of the first motor 310 and may be arranged to surround a portion of the first motor 310.
  • One side of the first connection part 410 may be connected to the motor control part and the other side may be fixed to the first frame.
  • the first connection part 410 may further include an extension part fixed to the first frame and extending to the second motor control part 511.
  • connection part 420 and the third connection part may be provided with a plurality of circuits or wires for electrical connection and are easily deformable. Therefore, for example, the second connection part 420 and the third connection part
  • the connection portions 430 may each include a flexible circuit board.
  • the first frame 510 and the second frame 520 are fixed to the first frame 510 and the second frame 520 so that the second frame 520 is coupled to the second frame A2,
  • the angle between the opposite ends of the first connection part 410 may be reduced or increased.
  • the coiled central portion of the first connection portion 410 can be tightly wound and deformed in the circumferential and radial directions of the motor to reduce its diameter.
  • the coiled central portion of the first connecting portion 410 can be deformed in the circumferential direction and in the radial direction of the motor so as to loosen and increase its diameter.
  • each connecting portion is disposed in a spaced space formed in each frame, and the first frame 510 to the third frame 530 of the three-axis rotating apparatus are respectively disposed on the first axis A1 to the third axis A3
  • the driving unit 100 and the motors can be electrically connected while being deformed according to the rotation.
  • each connection portion may be provided with a flow portion wound or unwound relative to each motor. Both ends extended from the moving part may be provided as fixed parts fixed to the respective frames and rotating.
  • the first connection part 410 includes a first fluid part 411 wound and unwound with respect to the first motor 310 when the first frame 510 rotates, And a first fixing part 412 which is fixed to the fixing part 412 and rotates.
  • the second connection part 420 includes a second fluid part 421 wound and unwound with respect to the second motor 320 when the second frame 520 rotates and a second fluid part 422 fixed to the second frame 520 And a second fixing part 422 that rotates and rotates.
  • the third connection part 430 includes a third fluid part 431 that is wound or unwound based on the third motor 330 when the third frame 530 rotates, And a third fixing part 432 that is fixed to the frame 530 and rotates.
  • the three-axis rotating device of the embodiment has a compact electric connection structure, and thus the device can be downsized and durability can be improved.
  • each connecting portion is accommodated in a space defined by the first housing 210 to the third housing 230 and the first frame 510 to the third frame 530, and each housing, each frame, The outer cover 610 and the second cover 620 may be cut off.
  • the respective connecting portions can minimize the contact with moisture or other foreign matter due to the external exposure, and the durability of the three-axis rotating apparatus of the embodiment can be improved.
  • the three-axis rotating device includes a motor, and the motor may include a first motor 310, a second motor 320, and a third motor 330.
  • the first motor 310 may be mounted on the driving unit 100 such that the first motor 310 rotates about the first axis A1 with respect to the driving unit 100. As the first motor 310 rotates, the first frame 510 coupled to the first motor 310 may rotate about the first axis A1.
  • the driving unit 100 may include a mounting member 110 such that the first motor 310 is rotatable with respect to the driving unit 100.
  • the first motor 310 may be coupled to the mounting member 110 such that the first motor 310 is rotatable relative to the mounting member 110 and the mounting member 110 may be fixedly coupled to the driving unit 100.
  • the driving unit 100 may include a first motor control unit (not shown).
  • the first motor control unit may control the first motor 310 to rotate about the first axis A1.
  • the second motor 320 may be mounted on the first frame 510 to rotate about the second axis A2 with respect to the first frame 510. [ As the second motor 320 rotates, the second frame 520 coupled to the second motor 320 may rotate about the second axis A2.
  • the third motor 330 may be mounted on the second frame 520 to rotate about the third axis A3 with respect to the second frame 520. [ As the third motor 330 rotates, the third frame 530 coupled to the third motor 330 may rotate about the third axis A3.
  • the second motor control unit 511 may be mounted on the first frame 510 to control the operation of the first motor 310. That is, the first frame 510 includes a second motor control unit 511 for controlling the operation of the second motor 320 at a position corresponding to the second axis 320 in the direction of the second axis A2, Can be mounted.
  • the third motor 330 may be mounted on the second frame 520 to control the operation of the second motor 320. That is, the second frame 520 includes a third motor 330 for controlling the operation of the third motor 330 at a position corresponding to the third axis 330 in the direction of the third axis A3 Can be mounted.
  • the second motor control unit 511 includes a first connector 511a coupled to the first connection unit 410 and a second connector 511b coupled to the second connection unit 420, .
  • the second connector 511b may be coupled to a portion formed by bending and extending in the direction of the second axis A2 of the second motor control unit 511.
  • the third motor 330 may include a third connector 521a coupled to the second connector 420 and a fourth connector 521b coupled to the third connector 430. At this time, the fourth connector 521b may be coupled to a portion of the third motor 330 that is bent and extended in the direction of the third axis A3.
  • the third motor 330 will be described in detail with reference to FIG. Since the second motor control unit 511 is structurally very similar to the third motor 330, a duplicate description thereof will be omitted.
  • the third motor 330 may be a circuit board having various elements and circuits for controlling the rotation angle, the rotational direction, and the rotational speed of the third motor 330.
  • a motor control sensor 1100 may be included in the third motor 330 as an element for controlling the third motor 330.
  • the motor control sensor 1100 will be described in detail below.
  • the third motor 330 may be provided so that the motor control sensor 1100 disposed on one surface thereof is opposed to the sensing magnet 1300 provided on the motor in the direction of the third axis A3.
  • the third motor 330 is accommodated in the receiving space formed by the second frame 520 and the second cover 620 as a circuit board, thereby reducing the space in which the third motor 330 is provided Therefore, the three-axis rotating device can be downsized.
  • the second cover 620 covers the third motor 330 to prevent the third motor 330 from being exposed to the outside, thereby protecting the third motor 330.
  • the third motor 330 may include a cable connection part 1200.
  • the third motor 330 and the third motor 330 may be electrically connected by a cable.
  • the cable connection part 1200 is a device for connecting the cable to the third motor 330.
  • the third connector 521a is coupled to one side of the second connection part 420 to electrically connect the second connection part 420 and the third motor 330.
  • the fourth connector 521b is coupled to one side of the third connection part 430 to electrically connect the third connection part 430 and the third motor 330.
  • the third connector 521a and the fourth connector 521b may be coupled to the third motor 330 in a socket manner. After the coupling, the third connector 521a and the fourth connector 521b may be fixed to the third motor 330 using an adhesive.
  • the third connector 521a and the fourth connector 521b can facilitate the coupling between the third motor 330 and the connecting portion and the assembly of the parts. That is, the third motor 330 and the connecting portions are not integrally formed, but are manufactured separately and combined with each other to assemble the three-axis rotating device, so that the assembling of the three-axis rotating device can be facilitated.
  • the fourth connector 521b may be coupled to a portion formed by bending and extending from the third motor 330 in the direction of the third axis A3. Accordingly, the fourth connector 521b is disposed in the space where the coiled central portion of the third connection portion 430 is disposed, so that the second frame 520 and the second cover 620, in which the third motor 330 is disposed, It can be disposed in a space different from the space in which it is formed.
  • a through hole may be formed in a portion of the second frame 520 corresponding to a portion where the fourth connector 521b is disposed in order to electrically connect the third motor 330 and the fourth connector 521b.
  • the motor may include a stator 2200 at a portion where the rotating portion and the rotor 2100 are not rotated.
  • a stator 2200 is provided on the inner side of the motor, and a rotor 2100 may be provided to surround the stator 2200.
  • Each frame and the housing can be fixedly coupled to the rotor 2100. Therefore, each frame and the housing can rotate in the directions of the first axis (A1) to the third axis (A3) by the rotation of the rotor (2100).
  • FIG. 9 is a cross-sectional view of a portion of a third motor 330 of one embodiment.
  • the rotor 2100 may include a first stopper 810.
  • the first stopper 810 may be disposed on the upper side of the stator 2200, as shown in Fig. A pole protruding in the direction of the third axis A3 is provided at the center of the rotor 2100 and the first stopper 810 can be fixedly coupled to the pole.
  • the first stopper 810 can rotate in the direction of the third axis A3 in accordance with the rotation of the rotor 2100.
  • the first stopper 810 may be provided in a total of three, which are coupled to the first to third motors 310 to 330, respectively.
  • the three first stoppers 810 are arranged in the order from the first axis A1 to the third axis A3 along the rotation of the rotor 2100 of the first motor 310 to the third motor 330 It can rotate.
  • the first stopper 810 may limit the rotation angle of each of the first frame 510 to the third frame 530.
  • the rotation angles of the first frame 510 to the third frame 530 may be limited in order to stably operate the three-axis rotating device.
  • the maximum rotation angle of the first frame 510 to the third frame is 170 Deg.] To 175 [deg.].
  • the first stopper 810 can limit the rotation angle of each frame.
  • the first stopper 810 has a first protrusion 811 formed to protrude in the radial direction and the first protrusion 811 has a second stopper 820 formed in correspondence therewith, Can be limited.
  • a second stopper 820 corresponding to the first stopper 810 provided in the first motor 310 may be provided in the mounting member 110.
  • a pair of first stoppers 810 may be provided at a portion of the mounting member 110 corresponding to the first protrusion 811 in the circumferential direction of the first stopper 810.
  • the angle between the pair of second stoppers 820 may be the same as the maximum rotation angle of the first frame 510.
  • the second stopper 820 corresponding to the first stopper 810 provided in the second motor 320 and the third motor 330 is provided in the first frame 510 and the second frame 520, .
  • FIGS. 11 and 12 are views for explaining the operation of the first stopper 810 and the second stopper 820 of the embodiment.
  • the first stopper 810 of the third motor 330 is shown in FIGS. 11 and 12, the first stopper 810 of the second motor 320 has a similar structure. Duplicate descriptions are omitted.
  • the first stopper 810 is inserted into a mounting hole formed in the second frame 520 and the second stopper 810 is inserted into the second frame 520 at a portion corresponding to the first protrusion 811 in the circumferential direction of the first stopper 810
  • a second stopper 820 may be formed.
  • the step of the second stopper 820 is formed at both ends in the circumferential direction of the second stopper 820, and the angle between the both ends of the second stopper 820 may be the same as the maximum rotation angle of the third frame 530.
  • the first stopper 810 rotates in accordance with the rotation of the rotor 2100. When the first protrusion 811 contacts the step of the second stopper 820, Can not.
  • the rotation of the second stopper 820 may be limited so that the rotation of the third frame 530 to which the second stopper 820 is fixed is limited within an angle between the ends of the second stopper 820 have.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view of a portion of a third motor 330 of one embodiment.
  • the three-axis rotating device of the embodiment senses the rotational speed, the rotational angle, and the rotational direction of the rotor 2100 of the third motor 330 and detects the rotational speed, the rotational angle, and the rotational direction of the third frame 530 The position of the third frame 530 may be detected.
  • the position sensing means may include a motor control sensor 1100 and a sensing magnet 1300.
  • the sensing magnet 1300 may be mounted on the upper portion of the first stopper 810 and the motor control sensor 1100 may be mounted on the upper surface of the third motor 330.
  • the sensing magnet 1300 and the motor control sensor 1100 may be arranged to face each other in the third axis A3 direction.
  • the third motor 330 in the form of a circuit board is disposed between the sensing magnet 1300 and the motor control sensor 1100 in the direction of the third axis A3.
  • the motor control sensor 1100 is connected to the sensing magnet 1300, It is possible to sufficiently detect the change of the magnetic force of the magnet.
  • the sensing magnet 1300 may be a permanent magnet
  • the motor control sensor 1100 may be a Hall sensor, for example.
  • the present invention is not limited thereto.
  • the motor control sensor 1100 is fixedly mounted on the third motor 330 and does not rotate with respect to the sensing magnet 1300.
  • the sensing magnet 1300 may be fixedly attached to the first stopper 810 and the first stopper 810 may be fixedly attached to the rotor 2100.
  • a mounting rod is provided at the center of the rotor 2100, and the first stopper 810 is fixedly coupled to the mounting rod, so that the first stopper 810 and the sensing magnet 1300 are fixed, May be fixed to the rotor 2100.
  • the first stopper 810 and the sensing magnet 1300 can rotate about the third axis A3 together.
  • the third frame 530 fixed to the rotor 2100, the first stopper 810, and the sensing magnet 1300 rotate together with the third axis A3 can do.
  • the motor control sensor 1100 senses the change of the magnetic field of the sensing magnet 1300 and detects the rotation speed of the third frame 530, , The direction of rotation, and the like.
  • the information sensed by the motor control sensor 1100 with respect to the rotation of the third frame 530 is transmitted to the main control unit of the driving unit 100.
  • the main control unit controls the third frame 530 based on the received information, It is possible to perform feedback control on the rotating operation of the motor.
  • the main control unit performs feedback control of the third frame 530, so that the three-axis rotating apparatus of the embodiment can precisely and effectively perform position control of the camera 700 mounted thereon.
  • the three-axis rotating apparatus of the embodiment may include position sensing means for sensing the rotational speed, the rotational angle, and the rotational direction of the second frame 520. Since the position sensing means of the second frame 520 is very similar to the structure of the position sensing means of the third frame 530, a repetitive description thereof will be omitted.
  • the three-axis rotary device of the embodiment may include position sensing means for sensing the rotational speed, the rotational angle, the rotational direction, and the like of the first frame 510.
  • the position sensing means of the first frame 510 is configured such that the motor control sensor 1100 is mounted on the circuit board of the driving unit 100, Therefore, redundant description thereof will be omitted.
  • the rotation speed, the rotation angle, the rotation direction, and the like are separately measured by the separate position sensing means in the first frame 510 to the third frame 530, It is possible to perform feedback control on the rotation operation of the first frame 510 to the third frame 530 based on the value.
  • the three-axis rotating apparatus of the embodiment can precisely and effectively perform the position control of the camera 700 mounted thereon.
  • the sensing magnet 1300 is integrated with each stopper, and the motor control sensor 1100 may be integrated with each motor control unit. Since the stopper and the motor control unit maintain a constant spacing from each other, the sensing magnet 1300 and the motor control sensor 1100 can maintain a spacing from each other.
  • the motor control sensor 1100 In order for the motor control sensor 1100 to perform precise sensing, it is necessary to keep the distance between the sensing magnet 1300 and the motor control sensor 1100 constant.
  • the spacing between the sensing magnet 1300 and the motor control sensor 1100 can be kept constant without the need to add additional components for maintaining the spacing.
  • the rotation of the sensing magnet 1300 with respect to the motor control sensor 1100 causes a gap between the sensing magnet 1300 and the motor control sensor 1100 It is possible to effectively suppress the change in the spacing distance from being constant.
  • stator 2200 is mounted on the inner side of the rotor 2100, and a hole into which the mounting rod of the rotor 2100 is inserted may be formed in the center portion in the direction of the third axis A3.
  • the stator 2200 may include a first body 2200a, a recessed portion 2200b, and a second body 2200c.
  • the first body 2200a may form the lower portion of the stator 2200 and the second body 2200c may form the upper portion of the stator 2200. [ At this time, the first body 2200a and the second body 2200c may be integrally formed.
  • the side surface of the stator 2200 may be recessed in the radial direction of the stator 2200 and extend in the circumferential direction between the first body 2200a and the second body 2200c. Since the recessed portion 2200b is formed, the surface area of the stator 2200 can be increased.
  • the motor including the rotor 2100 and the stator 2200 of the embodiment can efficiently proceed cooling .
  • the recessed portion 2200b can reduce the weight of the stator 2200, the three-axis rotating device can be lightened.
  • the plurality of recessed portions 2200b may be provided, and each of the recessed portions 2200b may be aligned in the direction of the third axis A3.
  • the number of the recessed portions 2200b may be appropriately selected in consideration of the cooling efficiency of the third motor 330, the need for weight reduction, the output, rigidity, and the like.
  • stator 2200 provided in the first motor 310 and the second motor 320 may have a groove having the same or similar structure as that of the recessed portion 2200b provided in the third motor 330.
  • FIG. 12 is a view for explaining a heat transfer structure of a three-axis rotary device according to an embodiment. It is necessary to effectively cool the heat generated by the operation of the first motor 310 to the third motor 330 and the heat generated from the second motor control unit 511 and the third motor 330 in the embodiment.
  • the first frame 510 to the third frame 530, the first housing 210 to the third housing 230, and the first cover 610 to the second cover 620 have a high heat transfer coefficient , And may be made of a material excellent in corrosion resistance, for example, aluminum.
  • the first motor 310 to the third motor 330, the second motor control unit 511 and the third motor 330, which generate heat, are connected to the first frame 510 to the third frame 530 As shown in FIG.
  • the heat generated from the second motor 320 and the second motor control unit 511 disposed adjacent thereto is, as shown by an arrow,
  • the first frame 510 and the second frame 520 which are in direct contact with the first motor control unit 320 and the second motor control unit 511, can generate effective heat transfer by conduction.
  • the heat transmitted to the first frame 510 and the second frame 520 is transmitted to the first frame 510 and the second frame 520 and the first cover 610 and the second cover 520, 620 to the outside of the three-axis rotating device.
  • the third motor 330 having a structure similar to that of the second motor 320 may also be configured such that the heat generated by the third motor 330 is transmitted to the second frame 520 and the third frame 530, Axis rotator 620 via the second shaft 620.
  • the first frame 510 to the third frame 530, the first housing 210 to the third housing 230 and the first cover 610 to the second cover 620 are made of aluminum having a high thermal conductivity
  • FIG. 13 is a view for explaining the structure of the third frame 530 and the camera 700 of the embodiment. As shown in FIG. 13, the camera 700 may be detachably attached to the third frame 530.
  • a mounting groove 531 may be formed in the third frame 530 and a part of the camera 700 may be provided in a shape corresponding to the shape of the mounting groove 531.
  • a rail groove 531a may be formed in the mounting groove 531.
  • the camera 700 can be formed with a rail corresponding to the rail groove 531a and the rail of the camera 700 is mounted on the rail groove 531a so that the camera 700 can be mounted on the third frame 530 As shown in Fig.
  • a circuit board for electrically connecting the camera 700 and the driver 100 to the third frame 530 may be disposed.
  • Sockets (not shown) for electrical connection between the circuit board and the camera 700 may be formed on the circuit board and the camera 700, respectively.
  • the circuit board disposed on the camera 700 and the third frame 530 are electrically connected to each other by the sockets Can be connected.
  • a fastening mechanism such as a bolt or a screw for fixing the camera 700 and the third frame 530 in order to stably connect the camera 700 to the third frame 530.
  • a screw hole may be formed in the third frame 530.
  • the camera 700 since the camera 700 is detachably attached to the third frame 530, the camera 700 can be easily repaired or replaced.
  • the three-axis rotating device according to the embodiment can be used for a flight or the like.

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Abstract

3축 회전 장치의 일 실시예는, 구동부; 상기 구동부에 대하여 제1축을 중심으로 회전하고, 제1모터가 수용되는 제1하우징; 상기 제1하우징에 대하여 상기 제1축과 수직한 제2축을 중심으로 회전하고, 제2모터가 수용되는 제2하우징; 상기 제2하우징에 대하여 상기 제1축 및 상기 제2축과 수직한 제3축을 중심으로 회전하고, 제3모터가 수용되며, 카메라가 장착되는 제3하우징; 상기 제1모터의 외주면을 따라 상기 제1모터와 상기 제1하우징 사이에 배치되는 제1연결부; 상기 제2모터의 외주면을 따라 상기 제2모터와 상기 제2하우징 사이에 배치되는 제2연결부; 및 상기 제3모터의 외주면을 따라 상기 제3모터와 상기 제3하우징 사이에 배치되는 제3연결부를 포함하고, 상기 제1연결부, 상기 제2연결부 및 상기 제3연결부는 연성재질로 형성되며, 상기 구동부와 전기적으로 연결되는 것일 수 있다.

Description

비행체에 장착되는 3축 회전 장치
실시예는, 비행체에 장착되는 3축 회전 장치에 관한 것이다.
이 부분에 기술된 내용은 단순히 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.
최근, 드론 등의 소형 무인 비행체의 사용이 증가하고 있다. 소형 무인 비행체에 카메라를 장착하여 항공촬영을 하는 경우, 사람이 탑승하는 헬기 등을 사용하는 경우에 비해, 간편하고 비용이 저렴한 잇점이 있다.
비행체에 카메라를 장착하는 경우, 비행체는 비행 중 소정 각도로 3차원 회전을 하므로, 카메라가 비행체 3차원 회전에 영향을 받지 않게 하기 위해 3축 회전 장치를 사용할 수 있다.
3축 회전 장치는 비행체의 3차원 회전을 보상하여 줌으로써, 비행체에 장착된 카메라가 비행체의 3차원 회전에 영향을 받지 않게 한다.
비행체에 3축 회전 장치를 장착하고 3축 회전 장치에 카메라를 장착하여, 3축 회전 장치를 사용할 수 있으므로, 3축 회전 장치는 카메라의 자세유지 성능이 우수하고 소형화, 경량화된 구조를 가지는 것이 적절하다.
따라서, 실시예는, 비행체에 장착되는 3축 회전 장치에 관한 것이다.
실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 실시예가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
3축 회전 장치의 일 실시예는, 구동부; 상기 구동부에 대하여 제1축을 중심으로 회전하고, 제1모터가 수용되는 제1하우징; 상기 제1하우징에 대하여 상기 제1축과 수직한 제2축을 중심으로 회전하고, 제2모터가 수용되는 제2하우징; 상기 제2하우징에 대하여 상기 제1축 및 상기 제2축과 수직한 제3축을 중심으로 회전하고, 제3모터가 수용되며, 카메라가 장착되는 제3하우징; 상기 제1모터의 외주면을 따라 상기 제1모터와 상기 제1하우징 사이에 배치되는 제1연결부; 상기 제2모터의 외주면을 따라 상기 제2모터와 상기 제2하우징 사이에 배치되는 제2연결부; 및 상기 제3모터의 외주면을 따라 상기 제3모터와 상기 제3하우징 사이에 배치되는 제3연결부를 포함하고, 상기 제1연결부, 상기 제2연결부 및 상기 제3연결부는 연성재질로 형성되며, 상기 구동부와 전기적으로 연결되는 것일 수 있다.
상기 제1연결부는 연성회로기판을 포함하며, 상기 구동부와 상기 제1모터를 전기적으로 연결하고, 상기 제2연결부는 연성회로기판을 포함하며, 상기 제1모터와 상기 제2모터를 전기적으로 연결하고, 상기 제3연결부는 연성회로기판을 포함하며, 상기 제2모터와 상기 제3모터를 전기적으로 연결하는 것일 수 있다.
3축 회전 장치의 일 실시예는, 상기 제1하우징이 고정되고, 상기 제1모터의 작동에 의해 상기 제1축을 중심으로 회전하는 제1프레임; 상기 제2하우징이 고정되고, 상기 제2모터의 작동에 의해 상기 제2축을 중심으로 회전하는 제2프레임; 및 상기 제3하우징이 고정되고, 상기 제3모터의 작동에 의해 상기 제3축을 중심으로 회전하는 제3프레임을 더 포함하는 것일 수 있다.
상기 제1연결부는 상기 제1프레임이 회전하면 상기 제1모터를 기준으로 감기거나 풀리는 제1유동부와 상기 제1프레임에 고정되어 회전하는 제1고정부를 포함하고, 상기 제2연결부는 상기 제2프레임이 회전하면 상기 제2모터를 기준으로 감기거나 풀리는 제2유동부와 상기 제2프레임에 고정되어 회전하는 제2고정부를 포함하고, 상기 제3연결부는 상기 제3프레임이 회전하면 상기 제3모터를 기준으로 감기거나 풀리는 제3유동부와 상기 제3프레임에 고정되어 회전하는 제3고정부를 포함하는 것일 수 있다.
상기 제1모터는 상기 구동부에 대하여 상기 제1축을 중심으로 회전하도록 상기 구동부에 장착되고, 상기 제2모터는 상기 제1프레임에 대하여 상기 제2축을 중심으로 회전하도록 상기 제1프레임에 장착되고, 상기 제3모터는 상기 제2프레임에 대하여 상기 제3축을 중심으로 회전하도록 상기 제2프레임에 장착되는 것일 수 있다.
상기 제1프레임은 상기 제2모터와 상기 제2축 방향으로 대응하는 위치에 상기 제2모터의 작동을 제어하는 제2모터제어부가 장착되고, 상기 제2프레임은 상기 제3모터와 상기 제3축 방향으로 대응하는 위치에 상기 제3모터의 작동을 제어하는 제3모터제어부가 장착되는 것일 수 있다.
상기 제2모터제어부는, 상기 제1연결부와 결합하는 제1커넥터와, 상기 제2연결부와 결합하는 제2커넥터를 포함하고, 상기 제2커넥터는, 상기 제2모터제어부의 상기 제2축 방향으로 절곡되고 연장되어 형성된 부위에 결합하는 것일 수 있다.
3축 회전 장치의 일 실시예는, 상기 제2모터제어부 및 상기 제1연결부의 일부를 덮는 제1커버를 더 포함하는 것일 수 있다.
상기 제3모터제어부는, 상기 제2연결부와 결합하는 제3커넥터와, 상기 제3연결부와 결합하는 제4커넥터를 포함하고, 상기 제4커넥터는, 상기 제3모터제어부의 상기 제3축 방향으로 절곡되고 연장되어 형성된 부위에 결합하는 것일 수 있다.
3축 회전 장치의 일 실시예는, 상기 제3모터제어부 및 상기 제2연결부의 일부를 덮는 제2커버를 더 포함하는 것일 수 있다.
실시예에서, 상기한 구조와 같이 각 연결부의 중앙부는 각 프레임에 권선된 상태로 배치되므로, 3축 회전 장치에서 각 연결부가 배치되는 공간을 현저히 줄일 수 있고, 따라서, 3축 회전 장치를 소형화할 수 있다.
실시예에서, 제1프레임 내지 제3프레임은 각각 별도의 위치감지수단에 의해 회전속도, 회전각도, 회전방향 등이 별도로 측정되고, 상기 메인제어부는 이러한 측정값을 바탕으로 제1프레임 내지 제3프레임의 회전동작에 대한 피드백 제어를 수행할 수 있다. 이러한 제1프레임 내지 제3프레임의 회전동작에 대한 피드백 제어에 의해, 실시예의 3축 회전 장치는 이에 장착된 카메라의 위치제어를 정밀하고 효과적으로 수행할 수 있다.
실시예에서, 요홈부로 인해 스테이터의 표면적이 증가하고, 증가된 표면적은 방열면적을 넓히므로, 실시예의 로터와 스테이터를 포함하는 모터는 냉각이 효율적으로 진행될 수 있다. 또한, 상기 요홈부는 스테이터의 무게를 줄일 수 있으므로, 3축 회전 장치를 경량화할 수 있는 효과도 있다.
실시예에서, 제1프레임 내지 제3프레임, 제1하우징 내지 제3하우징 및 제1커버 내지 제2커버는 열전달율이 큰 알루미늄으로 형성되고, 이들에 의해 3축 회전 장치가 외부에 노출되는 표면적이 크게 증가하므로, 제1모터 내지 제3모터, 제2모터제어부 및 제3모터제어부는 효과적으로 냉각될 수 있다.
실시예에서, 카메라는 제3프레임에 탈부착 가능하도록 구비되므로, 카메라의 수리 또는 교체를 용이하게 할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 일 실시예의 3축 회전 장치를 나타낸 사시도이다.
도 2는 도 1을 제1축을 중심으로 회전시킨 도면이다.
도 3은 도 2에서 일부 구성을 제거한 도면이다.
도 4는 일 실시예의 제2모터 부분을 나타낸 도면이다.
도 5는 일 실시예의 제3모터제어부 부분을 나타낸 도면이다.
도 6은 일 실시예의 제1프레임 내지 제3프레임의 구조를 나타낸 도면이다.
도 7은 도 6의 분해도이다.
도 8은 일 실시예의 제1모터, 제2모터 또는 제3모터를 나타낸 도면이다.
도 9는 일 실시예의 제3모터 부분을 나타낸 단면도이다.
도 10 및 도 11은 일 실시예의 제1스토퍼 및 제2스토퍼의 작동을 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 일 실시예의 3축 회전 장치의 열전달 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 13은 일 실시예의 제3프레임 및 카메라의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 실시예를 상세히 설명한다. 실시예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 실시예를 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 실시예의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
"제1", "제2" 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는 데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로 사용된다. 또한, 실시예의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 실시예를 설명하기 위한 것일 뿐이고, 실시예의 범위를 한정하는 것이 아니다.
실시예의 설명에 있어서, 각 element의 "상(위)" 또는 "하(아래)(on or under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상(위) 또는 하(아래)(on or under)는 두개의 element가 서로 직접(directly)접촉되거나 하나 이상의 다른 element가 상기 두 element사이에 배치되어(indirectly) 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 “상(위)" 또는 "하(아래)(on or under)”로 표현되는 경우 하나의 element를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
또한, 이하에서 이용되는 "상/상부/위" 및 "하/하부/아래" 등과 같은 관계적 용어들은, 그런 실체 또는 요소들 간의 어떠한 물리적 또는 논리적 관계 또는 순서를 반드시 요구하거나 내포하지는 않으면서, 어느 한 실체 또는 요소를 다른 실체 또는 요소와 구별하기 위해서 이용될 수도 있다.
도 1은 일 실시예의 3축 회전 장치를 나타낸 사시도이다. 도 2는 도 1을 제1축(A1)을 중심으로 회전시킨 도면이다. 도 3은 도 2에서 일부 구성을 제거한 도면이다. 도 4는 일 실시예의 제2모터(320) 부분을 나타낸 도면이다. 도 5는 일 실시예의 제3모터(330) 부분을 나타낸 도면이다. 도 6은 일 실시예의 제1프레임(510) 내지 제3프레임(530)의 구조를 나타낸 도면이다. 도 7은 도 6의 분해도이다.
실시예의 3축 회전 장치에는 카메라(700)가 장착되고, 3축 회전 장치 자신은 드론 등의 비행체에 장착될 수 있다. 이때, 3축 회전 장치는 카메라(700)가 비행체의 3차원 회전에 관계없이 원래의 자세를 유지하도록 한다.
3축 회전 장치는 3차원 회전을 할 수 있다. 즉, 3축 회전 장치는 제1축(A1)을 중심으로 회전하는 부분, 제1축(A1)과 수직한 제2축(A2)을 중심으로 회전하는 부분, 제1축(A1) 및 제2축(A2)과 수직한 제3축(A3)을 중심으로 회전하는 부분을 포함할 수 있다.
이러한 구조로 인해, 3축 회전 장치는 3차원적 회전이 가능하고, 비행체가 3차원 회전을 하는 경우, 3축 회전 장치는 이러한 비행체의 회전을 보상하는 3차원 회전을 함으로써, 3축 회전 장치에 장착된 카메라(700)는 비행체의 3차원적 회전에 관계없이 원래의 자세를 유지할 수 있다.
도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 3축 회전 장치는 제1프레임(510), 제2프레임(520), 제3프레임(530) 및 구동부(100)를 포함할 수 있다.
제1프레임(510)은 전체적으로 절곡된 형상을 가지고, 절곡부를 중심으로 일측은 구동부(100)에 장착되고, 타측에는 제2축(A2) 방향으로 제2프레임(520)이 장착될 수 있다. 제1프레임(510)은 제1모터(310)의 작동에 의해 구동부(100)에 대하여 제1축(A1)을 중심으로 회전할 수 있다.
제2프레임(520)도 전체적으로 절곡된 형상을 가지고, 절곡부를 중심으로 일측은 상기 제1프레임(510)에 장착되고, 타측에는 제3축(A3) 방향으로 제3프레임(530)이 장착될 수 있다. 제2프레임(520)은 제2모터(320)의 작동에 의해 제1프레임(510)에 대하여 제2축(A2)을 중심으로 회전할 수 있다.
제3프레임(530)은 일측이 제3프레임(530)에 장착되고, 카메라(700)가 장착될 수 있다. 제3프레임(530)은 제3모터(330)의 작동에 의해 제3프레임(530)에 대하여 제3축(A3)을 중심으로 회전할 수 있다.
구동부(100)는 제1모터(310) 내지 제3모터(330)와 전기적으로 연결되고, 상기 제1모터(310) 내지 제3모터(330)의 동작을 제어하고 이들의 작동에 필요한 전류를 공급할 수 있다.
구동부(100)는 제1모터(310) 내지 제3모터(330)를 다음과 같이 제어할 수 있다. 먼저, 구동부(100)는 카메라(700)의 자세를 유지하기 위해 제1모터(310) 내지 제3모터(330)를 제어할 수 있다.
즉, 비행체가 3차원 회전을 하는 경우, 상기 비행체에 장착되는 카메라(700)는 제1축(A1)을 중심으로 소정의 각도로 회전하는 요(yaw), 제2축(A2)을 중심으로 소정의 각도로 회전하는 롤(roll) 및 제3축(A3)을 중심으로 소정의 각도로 회전하는 피치(pitch)가 발생한다.
구동부(100)는 카메라(700)의 요, 롤 및 피치를 보정하도록 제1모터(310) 내지 제3모터(330)의 회전각도를 제어하여 비행체가 3차원 회전하여도 이에 장착된 카메라(700)의 원래 자세를 유지할 수 있다.
또한, 구동부(100)는 상기 제1모터(310) 내지 제3모터(330)를 능동적으로 제어하여 카메라(700)의 촬영방향을 제어할 수도 있다. 즉, 구동부(100)는 제1모터(310) 내지 제3모터(330)를 제어하여 제1프레임(510) 내지 제3프레임(530)을 원하는 각도만큼 회전시켜, 제3프레임(530)에 장착된 카메라(700)의 촬영방향을 조절할 수 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 3축 회전 장치는 댐퍼(10)(damper), 제1하우징(210) 내지 제3하우징(230), 제1커버(610) 및 제2커버(620)를 포함할 수 있다.
댐퍼(10)는 3축 회전 장치와 비행체의 결합부위에 배치되어, 비행체로부터 상기 3축 회전 장치에 가해지는 충격을 완화할 수 있다. 상기 댐퍼(10)는 3축 회전 장치와 비행체의 결합부위에 필요한 위치에 필요한 개수만큼 구비될 수 있다.
제1하우징(210)은 상기 구동부(100)에 대하여 제1축(A1)을 중심으로 회전하고, 내부에 제1모터(310)가 배치될 수 있다.
제1하우징(210)은 구동부(100)에 고정되고, 따라서 상기 제1모터(310)의 작동에 의해 상기 제1축(A1)을 중심으로 제1프레임(510)이 회전할 수 있다. 또한, 제1하우징(210)과 제1프레임(510)이 일체로 형성될 수 있고, 제1하우징(210)은 제1프레임(510)과 함께 제1축(A1)을 중심으로 회전할 수 있다.
제2하우징(220)은 상기 제1하우징(210)에 대하여 상기 제1축(A1)과 수직한 제2축(A2)을 중심으로 회전하고, 내부에 제2모터(320)가 배치될 수 있다.
제2하우징(220)은 제1프레임(510)에 고정되고, 따라서 상기 제2모터(320)의 작동에 의해 상기 제2축(A2)을 중심으로 제2프레임(520)이 회전할 수 있다. 또한, 제2하우징(220)과 제2프레임(520)이 일체로 형성될 수 있고, 제2하우징(220)은 제2프레임(520)과 함께 제2축(A2)을 중심으로 회전할 수 있다.
제3하우징(230)은 상기 제2하우징(220)에 대하여 상기 제1축(A1) 및 상기 제2축(A2)과 수직한 제3축(A3)을 중심으로 회전하고, 내부에 제3모터(330)가 배치되며, 제3프레임(530)에 카메라(700)가 장착될 수 있다.
제3하우징(230)은 제2프레임(520)과 결합되고, 따라서 상기 제3모터(330)의 작동에 의해 상기 제3축(A3)을 중심으로 제3프레임(530)이 회전할 수 있다. 또한, 제3하우징(230)과 제3프레임(530)이 일체로 형성될 수 있고, 제3하우징(230)은 제3프레임(530)과 함께 제3축(A3)을 중심으로 회전할 수 있다.
카메라(700)는 제3프레임(530)에 장착되므로, 제1프레임(510) 내지 제3프레임(530)이 각각 제1축(A1) 내지 제3축(A3)을 중심으로 회전함에 따라, 카메라(700)도 제1축(A1) 내지 제3축(A3)을 중심으로 회전할 수 있다.
제1커버(610)는 제1프레임(510)에 결합하여, 제2모터제어부(511) 및 제1연결부(410)의 일부를 덮을 수 있다. 즉, 제1커버(610)가 제1프레임(510)에 결합하면, 제1커버(610)와 제1프레임(510) 사이에는 공간이 형성될 수 있고, 상기 공간에는 상기 제2모터제어부(511) 및 제1연결부(410)의 일부가 수용되며, 제1커버(610)는 제2모터제어부(511) 및 제1연결부(410)의 일부를 덮어 이들을 보호할 수 있다.
제2커버(620)는 제2프레임(520)에 결합하여, 제3모터(330) 및 제2연결부(420)의 일부를 덮을 수 있다. 제1커버(610)와 마찬가지로, 제2커버(620)가 제2프레임(520)에 결합하면, 제2커버(620)와 제2프레임(520) 사이에는 공간이 형성될 수 있고, 상기 공간에는 상기 제3모터(330) 및 제2연결부(420)의 일부가 수용되며, 제2커버(620)는 제3모터(330) 및 제2연결부(420)의 일부를 덮어 이들을 보호할 수 있다.
이하에서는 도 3 및 도 4를 참조하여 연결부에 대해 구체적으로 설명한다. 연결부는 구동부(100)와 전기적으로 연결될 수 있고, 제1연결부(410) 내지 제3연결부(430)를 포함할 수 있다.
제1연결부(410)는 상기 제1모터(310)의 외주면을 따라 상기 제1모터310)와 상기 제1하우징(210) 사이에 배치될 수 있다. 제2연결부(420)는 상기 제2모터(320)의 외주면을 따라 상기 제2모터(320)와 상기 제2하우징(220) 사이에 배치될 수 있다. 제3연결부(430)는 상기 제3모터(330)의 외주면을 따라 상기 제3모터(330)와 상기 제3하우징(230) 사이에 배치될 수 있다.
상기 제1연결부(410), 상기 제2연결부(420) 및 상기 제3연결부(430)는 연성재질로 형성되며, 상기 구동부(100)와 전기적으로 연결될 수 있다. 즉, 상기 제1연결부(410), 상기 제2연결부(420) 및 상기 제3연결부(430)는 순차적으로 서로 전기적으로 연결되고, 상기 제1연결부(410)는 상기 구동부(100)와 전기적으로 연결될 수 있다.
예를 들어, 제1연결부(410)는 상기 구동부(100)와 상기 제1모터(310)를 전기적으로 연결하고, 상기 제2연결부(420)는 상기 제1모터(310)와 상기 제2모터(320)를 전기적으로 연결하고, 상기 제3연결부(430)는 상기 제2모터(320)와 상기 제3모터(330)를 전기적으로 연결할 수 있다.
연결부의 중앙부는 모터 주위를 감싸는 형태로 구비되어 하우징 내부에 배치되고, 양단은 구동부(100), 모터제어부 또는 카메라(700)와 전기적으로 연결될 수 있다. 연결부의 모터제어부와 연결되는 부위 중 일부는 하우징에 수용되고, 다른 일부는 커버에 수용될 수 있다.
구체적으로, 제1연결부(410)의 양단은 일측이 구동부(100)와 전기적으로 연결되고, 타측이 제2모터제어부(511)와 전기적으로 연결될 수 있다. 이때 제1연결부(410)의 제2모터제어부(511)와 연결되는 부위는 제1커버(610)에 수용될 수 있다.
제2연결부(420)의 양단은 일측이 제2모터제어부(511)와 전기적으로 연결되고, 타측이 제3모터(330)와 전기적으로 연결될 수 있다. 이때 제2연결부(420)의 제2모터제어부(511)와 연결되는 부위는 제2하우징(220)에 수용되고, 제3모터(330)와 연결되는 부위는 제2커버(620)에 수용될 수 있다.
제3연결부(430)의 양단은 일측이 제3모터(330)와 연결되고, 타측이 카메라(700)와 전기적으로 연결될 수 있다. 이때, 제3연결부(430)의 제3모터(330)와 연결되는 부위와 카메라(700)에 연결되는 부위는 모두 제3하우징(230)에 수용될 수 있다.
하우징과 모터 사이에는 이격공간이 형성될 수 있다. 상기 이격공간은 하우징의 내측면과 모터의 외주면 사이에 형성될 수 있다. 상기 이격공간에 연결부가 배치될 수 있다.
상기 연결부는, 예를 들어, 상기 제1하우징(210)과 상기 제1모터(310) 사이의 이격공간에 배치되는 제1연결부(410), 상기 제2하우징(220)과 상기 제2모터(320) 사이의 이격공간에 배치되는 제2연결부(420), 및 상기 제3하우징(230)과 상기 제3모터(330) 사이의 이격공간에 배치되는 제3연결부(430)로 구비될 수 있다.
즉, 상기 제1하우징(210)과 상기 제1모터(310), 상기 제2하우징(220)과 상기 제2모터(320) 및 상기 제3하우징(230)과 상기 제3모터(330) 사이에 각각 이격공간이 형성되고, 상기 이격공간들에는 각각 제1연결부(410), 제2연결부(420) 및 제3연결부(430)의 중앙부가 수용될 수 있다.
연결부는 상기 모터의 외주면을 따라 권선되어 배치되고, 상기 모터의 원주방향 및 직경방향으로 변형가능하도록 연성재질로 구비될 수 있다.
이하, 도 4를 참조하여 연결부 중 제1연결부(410)의 권선된 형태를 구체적으로 설명한다. 제2연결부(420) 및 제3연결부(430)의 권선된 형태도 제1연결부(410)와 마찬가지이므로, 이에 대한 중복설명은 생략한다.
제2모터(320)는 로터(2100)와 스테이터(2200)를 포함할 수 있다. 이때, 스테이터(2200)는 내측에 배치되고, 로터(2100)는 상기 스테이터(2200)의 외측에 배치된다. 따라서, 제2연결부(420)는 로터(2100)의 외주면과 제2하우징(220)의 내측면 사이의 이격공간(SP)에 로터(2100)의 원주방향으로 권선되어 배치될 수 있다.
도 4에서는 제2하우징(220)이 도시되지 않았으나, 제2하우징(220)의 배치는 제2프레임(520)의 호 형상의 돌출부위에 대응하는 형상으로 상기 제2연결부(420)를 둘러싸도록 배치될 수 있다.
제1연결부(410)는 전기적 연결을 위한 회로 또는 도선이 복수로 구비될 수 있고, 용이하게 변형이 가능하도록 구비되므로, 예를 들어 상기 제1연결부(410)는 연성회로기판(FPCB)으로 형성될 수 있다.
제1연결부(410)은 제1모터(310)의 주위를 따라 감기거나 풀리는 제1유동부와 제1프레임에 고정되는 제1고정부를 포함할 수 있다.
제1연결부(410)의 제1 유동부의 길이는 제1모터(310)의 외주의 길이보다 길게 형성할 수 있고, 제1모터(310)의 일부를 둘러싸도록 배치될 수 있다.
제1연결부(410)의 일측은 모터제어부와 연결되고 타측은 제1프레임에 고정될 수 있다.
제1연결부(410)는 제1프레임에 고정되어 제2모터제어부(511)까지 연장되는 연장부를 더 포함할 수 있다.
마찬가지로, 제2연결부(420) 및 제3연결부도 전기적 연결을 위한 회로 또는 도선이 복수로 구비될 수 있고, 용이하게 변형이 가능하도록 구비되므로, 예를 들어 상기 제2연결부(420) 및 제3연결부(430)은 각각 연성회로기판을 포함할 수 있다.
제1연결부(410)의 양단은 각각 제1프레임(510)과 제2프레임(520)에 고정적으로 결합하므로, 제2프레임(520)이 제1프레임(510)에 대해 제2축(A2) 방향으로 회전하면 제1연결부(410)의 양단 사이의 각도는 줄어들거나 늘어날 수 있다.
제1연결부(410)의 양단 사이의 각도가 늘어나면, 제1연결부(410)의 권선된 중앙부는 타이트하게 감겨 그 직경이 줄어들도록 모터의 원주방향 및 직경방향으로 변형할 수 있다.
반대로, 제1연결부(410)의 양단 사이의 각도가 줄어들면, 제1연결부(410)의 권선된 중앙부는 느슨하게 풀려 그 직경이 늘어나도록 모터의 원주방향 및 직경방향으로 변형할 수 있다.
각 연결부의 중앙부는 각 프레임에 형성된 이격공간에 배치되고, 3축 회전 장치의 제1프레임(510) 내지 제3프레임(530)이 각각 제1축(A1) 내지 제3축(A3)을 중심으로 회전하더라도, 이러한 회전에 따라 변형하면서 구동부(100)와 각 모터들 사이를 전기적으로 연결할 수 있다.
각 연결부의 중앙부는 각 모터를 기준으로 감기거나 풀리는 유동부로 구비될 수 있다. 상기 유동부로부터 연장형성되는 양단은 각 프레임에 고정되어 회전하는 고정부로 구비될 수 있다.
이때, 상기 유동부는 3축 회전 장치의 제1프레임(510) 내지 제3프레임(530)이 각각 제1축(A1) 내지 제3축(A3)을 중심으로 회전함에 따라, 변형하여 각 모터를 기준으로 감기거나 풀릴 수 있다.
예를 들어, 상기 제1연결부(410)는 상기 제1프레임(510)이 회전하면 상기 제1모터(310)를 기준으로 감기거나 풀리는 제1유동부(411)와 상기 제1프레임(510)에 고정되어 회전하는 제1고정부(412)를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제2연결부(420)는 상기 제2프레임(520)이 회전하면 상기 제2모터(320)를 기준으로 감기거나 풀리는 제2유동부(421)와 상기 제2프레임(520)에 고정되어 회전하는 제2고정부(422)를 포함할 수 있다.
또한, 도 9를 참조하면, 상기 제3연결부(430)는 상기 제3프레임(530)이 회전하면 상기 제3모터(330)를 기준으로 감기거나 풀리는 제3유동부(431)와 상기 제3프레임(530)에 고정되어 회전하는 제3고정부(432)를 포함할 수 있다.
실시예에서, 상기한 구조와 같이 각 연결부의 유동부는 각 프레임에 권선된 상태로 배치되므로, 3축 회전 장치에서 각 연결부가 배치되는 공간을 현저히 줄일 수 있고, 따라서, 3축 회전 장치를 소형화할 수 있다.
실시예에서, 상기 제1연결부(410) 내지 제3연결부(430)에 의해 3축 회전 장치의 각 부품들은 모두 전기적으로 연결되고, 각 부품들을 전기적으로 연결하기 위한 별도의 연결라인 예를 들어, 카메라 영상 데이터 전송을 위한 연결라인, 전류공급을 위한 전원 연결라인 등이 불필요하다. 따라서, 실시예의 3축 회전장치는 컴팩트한 전기 연결구조를 가지므로, 장치를 소형화하고 내구성을 높일 수 있는 효과가 있다.
실시예에서 각 연결부는 제1하우징(210) 내지 제3하우징(230)과 제1프레임(510) 내지 제3프레임(530)이 형성하는 공간에 수용되고, 각 하우징, 각 프레임, 제1커버(610) 및 제2커버(620)에 의해 외부노출이 차단될 수 있다.
이러한 구조로 인해, 각 연결부는 외부노출에 의한 습기 기타 이물질과 접촉을 최소화할 수 있어, 실시예의 3축 회전 장치의 내구성을 향상시킬 수 있다.
한편, 3축 회전 장치는 모터가 구비되고, 상기 모터는 제1모터(310), 제2모터(320) 및 제3모터(330)로 구비될 수 있다.
상기 제1모터(310)는 상기 구동부(100)에 대하여 상기 제1축(A1)을 중심으로 회전하도록 상기 구동부(100)에 장착될 수 있다. 제1모터(310)가 회전함에 따라 상기 제1모터(310)에 결합하는 제1프레임(510)은 제1축(A1)을 중심으로 회전할 수 있다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 상기 제1모터(310)가 구동부(100)에 대해 회전 가능하도록, 구동부(100)는 장착부재(110)를 포함할 수 있다. 제1모터(310)는 장착부재(110)에 대하여 회전 가능하도록 상기 장착부재(110)에 결합할 수 있고, 장착부재(110)는 구동부(100)에 고정적으로 결합할 수 있다.
한편, 상기 구동부(100)에는 제1모터제어부(미도시)가 구비될 수 있다. 상기 제1모터제어부는 상기 제1모터(310)가 제1축(A1)을 중심으로 회전하도록 제어할 수 있다.
상기 제2모터(320)는 상기 제1프레임(510)에 대하여 상기 제2축(A2)을 중심으로 회전하도록 상기 제1프레임(510)에 장착될 수 있다. 제2모터(320)가 회전함에 따라 상기 제2모터(320)에 결합하는 제2프레임(520)은 제2축(A2)을 중심으로 회전할 수 있다.
상기 제3모터(330)는 상기 제2프레임(520)에 대하여 상기 제3축(A3)을 중심으로 회전하도록 상기 제2프레임(520)에 장착될 수 있다. 제3모터(330)가 회전함에 따라 상기 제3모터(330)에 결합하는 제3프레임(530)은 제3축(A3)을 중심으로 회전할 수 있다.
제2모터제어부(511)는 제1프레임(510)에 장착되어 제1모터(310)의 작동을 제어할 수 있다. 즉, 상기 제1프레임(510)은 상기 제2모터(320)와 상기 제2축(A2) 방향으로 대응하는 위치에 상기 제2모터(320)의 작동을 제어하는 제2모터제어부(511)가 장착될 수 있다.
제3모터(330)는 제2프레임(520)에 장착되어 제2모터(320)의 작동을 제어할 수 있다. 즉, 상기 제2프레임(520)은 상기 제3모터(330)와 상기 제3축(A3) 방향으로 대응하는 위치에 상기 제3모터(330)의 작동을 제어하는 제3모터(330)가 장착될 수 있다.
도 3을 참조하면, 상기 제2모터제어부(511)는 상기 제1연결부(410)와 결합하는 제1커넥터(511a)와, 상기 제2연결부(420)와 결합하는 제2커넥터(511b)를 포함할 수 있다. 이때, 상기 제2커넥터(511b)는 상기 제2모터제어부(511)의 상기 제2축(A2) 방향으로 절곡되고 연장되어 형성된 부위에 결합할 수 있다.
또한, 상기 제3모터(330)는 상기 제2연결부(420)와 결합하는 제3커넥터(521a)와, 상기 제3연결부(430)와 결합하는 제4커넥터(521b)를 포함할 수 있다. 이때, 상기 제4커넥터(521b)는 상기 제3모터(330)의 상기 제3축(A3) 방향으로 절곡되고 연장되어 형성된 부위에 결합할 수 있다.
이하에서, 도 5를 참조하여 제3모터(330)에 대해 구체적으로 설명한다. 제2모터제어부(511)도 제3모터(330)와 구조적으로 매우 유사하므로 이에 대한 중복설명은 생략한다.
도 5에 도시된 바와 같이, 제3모터(330)는 제3모터(330)의 회전각도, 회전방향, 회전속도 등을 제어하기 위한 각종 소자 및 회로가 구비되는 회로기판으로 구비될 수 있다.
제3모터(330)를 제어하기 위한 소자로 예를 들어, 모터제어센서(1100)가 제3모터(330)에 구비될 수 있다. 상기 모터제어센서(1100)에 대해서는 하기에 구체적으로 설명한다.
제3모터(330)는 일면에 배치되는 모터제어센서(1100)가 상기 모터에 구비되는 센싱마그네트(1300)와 대향하도록, 모터와 제3축(A3) 방향으로 서로 대향되도록 구비될 수 있다.
또한, 제3모터(330)는 회로기판으로 구비되어 제2프레임(520)과 제2커버(620)에 의해 형성되는 수용공간에 수용됨으로써 제3모터(330)가 구비되는 공간을 줄일 수 있고, 따라서, 3축 회전 장치를 소형화할 수 있다. 또한, 제2커버(620)는 제3모터(330)를 덮음으로써 제3모터(330)의 외부노출을 방지하여 제3모터(330)를 보호할 수 있다.
한편, 상기 제3모터(330)에는 케이블연결부(1200)가 구비될 수 있다. 제3모터(330)와 제3모터(330)는 케이블에 의해 전기적으로 연결될 수 있다. 따라서, 케이블연결부(1200)는 상기 케이블을 제3모터(330)와 연결하기 위한 장치이다.
제3커넥터(521a)는 제2연결부(420)의 일측이 결합하여, 제2연결부(420)와 제3모터(330)를 전기적으로 연결하는 역할을 한다. 제4커넥터(521b)는 제3연결부(430)의 일측이 결합하여, 제3연결부(430)와 제3모터(330)를 전기적으로 연결하는 역할을 한다.
제3커넥터(521a)와 제4커넥터(521b)는 상기 제3모터(330)에 소켓방식으로 결합할 수 있다. 결합후, 접착제를 사용하여 제3커넥터(521a)와 제4커넥터(521b)를 제3모터(330)에 고정할 수도 있다.
제3커넥터(521a) 및 제4커넥터(521b)는 제3모터(330)와 연결부 사이의 결합 및 부품의 조립을 용이하게 할 수 있다. 즉, 제3모터(330)와 연결부들을 일체로 형성하지 않고, 각각 별개로 제작하여 서로 결합하여 3축 회전 장치를 조립하므로, 3축 회전 장치의 조립이 용이해질 수 있다.
한편, 제4커넥터(521b)는 제3모터(330)로부터 제3축(A3) 방향으로 절곡되고 연장되어 형성된 부위에 결합할 수 있다. 따라서, 제4커넥터(521b)는 제3연결부(430)의 권선된 중앙부가 배치되는 공간에 배치됨으로써, 제3모터(330)가 배치되는 제2프레임(520)과 제2커버(620)가 형성하는 공간과 다른 공간에 배치될 수 있다.
제3모터(330)와 제4커넥터(521b)를 전기적으로 연결하기 위해, 제4커넥터(521b)가 배치되는 부위와 대응하는 제2프레임(520)의 부위에는 관통홀이 형성될 수 있다.
이러한 구조로 인해, 회로기판으로 구비되는 제3모터(330)의 면적을 넓힐 수 있어, 상기 제3모터(330)에 더 많은 소자와 회로를 형성할 수 있다.
도 8은 일 실시예의 제1모터(310), 제2모터(320) 또는 제3모터(330)를 나타낸 도면이다. 모터는 회전부분이 로터(2100)와 회전하지 않는 부분이 스테이터(2200)를 포함할 수 있다. 모터의 내측에는 스테이터(2200)가 구비되고, 로터(2100)는 스테이터(2200)를 둘러싸도록 구비될 수 있다.
로터(2100)에는 각 프레임과 하우징이 고정적으로 결합할 수 있다. 따라서, 로터(2100)의 회전에 의해 각 프레임과 하우징은 제1축(A1) 내지 제3축(A3)방향으로 회전할 수 있다.
도 9는 일 실시예의 제3모터(330) 부분을 나타낸 단면도이다. 도 6 내지 도 9를 참조하면 로터(2100)에는 제1스토퍼(810)가 구비될 수 있다.
상기 제1스토퍼(810)는, 도 9에 도시된 바와 같이, 스테이터(2200)의 상측에 배치될 수 있다. 로터(2100)의 중앙부에 제3축(A3) 방향으로 돌출된 폴(pole)이 구비되고, 제1스토퍼(810)는 상기 폴에 고정적으로 결합할 수 있다.
따라서, 제1스토퍼(810)는 로터(2100)의 회전에 따라 제3축(A3) 방향으로 회전할 수 있다. 실시예에서, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 제1스토퍼(810)는 제1모터(310) 내지 제3모터(330) 각각에 결합하는 총 3개로 구비될 수 있다.
총 3개의 제1스토퍼(810)는 제1모터(310) 내지 제3모터(330)의 로터(2100)가 회전함에 따라, 각각 제1축(A1) 내지 제3축(A3)을 중심으로 회전할 수 있다. 상기 제1스토퍼(810)는 제1프레임(510) 내지 제3프레임(530) 각각의 회전각도를 제한하는 역할을 할 수 있다.
3축 회전 장치의 안정적인 작동을 위해 제1프레임(510) 내지 제3프레임(530)의 회전각도를 제한할 수 있는데, 실시예에서 제1프레임(510) 내지 제3프렘임의 최대 회전각은 170˚ 내지 175˚일 수 있다.
따라서, 제1스토퍼(810)는 각 프레임의 회전각도를 제한할 수 있다. 제1스토퍼(810)는 직경방향으로 돌출형성되는 제1돌출부(811)를 구비하고, 상기 제1돌출부(811)는 이에 대응하여 형성되는 제2스토퍼(820)와 함께 각 프레임의 회전각도를 제한할 수 있다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 제1모터(310)에 구비되는 제1스토퍼(810)와 대응되는 제2스토퍼(820)는 장착부재(110)에 구비될 수 있다. 즉, 장착부재(110)에서 제1스토퍼(810)의 원주방향으로 제1돌출부(811)와 대응되는 부위에 한 쌍의 제1스토퍼(810)가 구비될 수 있다. 상기 한 쌍의 제2스토퍼(820)의 사이각은 제1프레임(510)의 최대 회전각과 동일할 수 있다.
한편, 제2모터(320) 및 제3모터(330)에 구비되는 제1스토퍼(810)와 대응되는 제2스토퍼(820)는 제1프레임(510) 및 제2프레임(520)에 각각 구비될 수 있다.
도 10 및 도 11은 일 실시예의 제1스토퍼(810) 및 제2스토퍼(820)의 작동을 설명하기 위한 도면이다. 도 11 및 도 12에서는 제3모터(330)에 구비되는 제1스토퍼(810)에 대해 도시하였으나, 제2모터(320)에 구비되는 제1스토퍼(810)도 마찬가지의 구조를 가지므로 이에 대한 중복설명은 생략한다.
제1스토퍼(810)는 제2프레임(520)에 형성되는 장착홀에 삽입되고, 상기 제2프레임(520)에는 제1스토퍼(810)의 원주방향으로 제1돌출부(811)와 대응되는 부위에 단턱이 형성되는 제2스토퍼(820)가 형성될 수 있다.
제2스토퍼(820)의 단턱은 제2스토퍼(820)의 원주방향 양단에 형성되고, 양단의 단턱 사이각은 제3프레임(530)의 최대 회전각과 동일할 수 있다. 따라서, 로터(2100)의 회전에 따라 제1스토퍼(810)는 회전하게 되고, 제1돌출부(811)가 제2스토퍼(820)의 단턱에 접촉하면, 상기 제1스토퍼(810)는 더이상 회전할 수 없다.
제2스토퍼(820)의 회전이 제한됨에 따라 제2스토퍼(820)가 고정적으로 장착되는 제3프레임(530)의 회전이 제2스토퍼(820)의 양단의 단턱이 이루는 사이각 이내로 제한될 수 있다.
도 9는 일 실시예의 제3모터(330) 부분을 나타낸 단면도이다. 실시예의 3축 회전 장치는 제3모터(330)의 로터(2100)의 회전속도, 회전각도, 회전방향 등을 감지하여, 제3프레임(530)의 회전속도, 회전각도, 회전방향 등을 감지하는 제3프레임(530)의 위치감지수단을 구비할 수 있다.
상기 위치감지수단은 모터제어센서(1100) 및 센싱마그네트(1300)를 포함할 수 있다. 상기 센싱마그네트(1300)는 제1스토퍼(810)의 상부에 장착되고, 상기 모터제어센서(1100)는 제3모터(330) 상면에 장착될 수 있다.
이때, 상기 센싱마그네트(1300)와 상기 모터제어센서(1100)는 제3축(A3)방향으로 서로 대향되어 배치될 수 있다. 따라서, 제3축(A3)방향으로 센싱마그네트(1300)와 모터제어센서(1100) 사이에 회로기판 형태의 제3모터(330)가 배치되지만, 모터제어센서(1100)는 센싱마그네트(1300)의 자력의 변화를 충분히 감지할 수 있다.
한편, 상기 센싱마그네트(1300)는 영구마그네트로 구비될 수 있고, 상기 모터제어센서(1100)는 예를 들어, 홀센서(hall sensor)로 구비될 수 있다. 다만, 이에 한정되지는 않는다.
모터제어센서(1100)는 제3모터(330)에 고정적으로 장착되어 센싱마그네트(1300)에 대하여 회전하지 않는다. 센싱마그네트(1300)는 제1스토퍼(810)에 고정적으로 장착되고, 제1스토퍼(810)는 로터(2100)에 고정적으로 장착될 수 있다.
즉, 도 9에 도시된 바와 같이, 로터(2100)의 중앙에는 장착봉이 구비되고, 상기 장착봉에 제1스토퍼(810)가 고정적으로 결합함으로써, 제1스토퍼(810)와 센싱마그네트(1300)는 로터(2100)에 고정될 수 있다.
따라서, 로터(2100)가 제3축(A3)을 중심으로 회전하면 제1스토퍼(810)와 센싱마그네트(1300)는 함께 제3축(A3)을 중심으로 회전할 수 있다. 또한, 로터(2100)가 회전하면, 로터(2100)에 고정적으로 결합하는 제3프레임(530), 제1스토퍼(810) 및 센싱마그네트(1300)는 함께 제3축(A3)을 중심으로 회전할 수 있다.
로터(2100)의 회전에 따라 센싱마그네트(1300)가 회전하면, 모터제어센서(1100)는 회전하는 센싱마그네트(1300)의 자기장의 변화를 감지하여 제3프레임(530)의 회전속도, 회전각도, 회전방향 등을 감지할 수 있다.
제3프레임(530)의 회전에 대해 모터제어센서(1100)가 감지한 정보는 구동부(100)에 구비되는 메인제어부로 전송되고, 상기 메인제어부는 전송받은 정보를 바탕으로 제3프레임(530)의 회전동작에 대한 피드백 제어를 할 수 있다.
상기 메인제어부가 제3프레임(530)을 피드백 제어함으로써, 실시예의 3축 회전 장치는 이에 장착된 카메라(700)의 위치제어를 정밀하고 효과적으로 수행할 수 있다.
한편, 실시예의 3축 회전 장치는 제2프레임(520)의 회전속도, 회전각도, 회전방향 등을 감지하는 위치감지수단을 구비할 수 있다. 이러한 제2프레임(520)의 위치감지수단은 제3프레임(530)의 위치감지수단에 대하여 상기한 구조와 매우 유사하므로, 이에 대한 중복설명은 생략한다.
또한, 실시예의 3축 회전 장치는 제1프레임(510)의 회전속도, 회전각도, 회전방향 등을 감지하는 위치감지수단을 구비할 수 있다. 제1프레임(510)의 위치감지수단은 모터제어센서(1100)가 구동부(100)에 구비되는 회로기판에 장착되는 점을 제외하면 제2프레임(520)의 위치감지 수단에 대하여 상기한 구조와 유사하므로, 이에 대한 중복설명은 생략한다.
상기한 바와 같이, 실시예에서 제1프레임(510) 내지 제3프레임(530)은 각각 별도의 위치감지수단에 의해 회전속도, 회전각도, 회전방향 등이 별도로 측정되고, 상기 메인제어부는 이러한 측정값을 바탕으로 제1프레임(510) 내지 제3프레임(530)의 회전동작에 대한 피드백 제어를 수행할 수 있다.
이러한 제1프레임(510) 내지 제3프레임(530)의 회전동작에 대한 피드백 제어에 의해, 실시예의 3축 회전 장치는 이에 장착된 카메라(700)의 위치제어를 정밀하고 효과적으로 수행할 수 있다.
실시예에서 센싱마그네트(1300)는 각 스토퍼와 일체로 구비되고, 모터제어센서(1100)는 각 모터제어부와 일체로 구비될 수 있다. 스토퍼와 모터제어부는 서로 일정한 이격간격을 유지하므로, 이로인해 센싱마그네트(1300)와 모터제어센서(1100)도 서로 이격간격을 유지할 수 있다.
모터제어센서(1100)가 정밀한 센싱을 하기 위해서는, 센싱마그네트(1300)와 모터제어센서(1100) 사이의 이격간격을 일정하게 유지할 필요가 있다. 실시예에서는 상기한 구조로 인해, 이격간격 유지를 위한 별도의 부품을 추가할 필요가 없이 센싱마그네트(1300)와 모터제어센서(1100) 사이의 이격간격을 일정하게 유지할 수 있다.
따라서 별도의 부품 추가로 인한 조립공차가 발생하지 않으므로, 이러한 조립공차로 인해 센싱마그네트(1300)의 모터제어센서(1100)에 대한 회전에 따라 센싱마그네트(1300)와 모터제어센서(1100) 사이의 이격간격이 일정하지 않고 변하는 것을 효과적으로 억제할 수 있다.
도 9를 참조하면, 스테이터(2200)는 로터(2100)의 내측에 장착되고, 중앙부에 로터(2100)의 장착봉이 삽입되는 홀이 제3축(A3) 방향으로 형성될 수 있다. 또한, 스테이터(2200)는 제1바디(2200a), 요홈부(2200b) 및 제2바디(2200c)를 포함할 수 있다.
제1바디(2200a)는 스테이터(2200)의 하부를 형성하고, 제2바디(2200c)는 스테이터(2200)의 상부를 형성할 수 있다. 이때, 상기 제1바디(2200a)와 상기 제2바디(2200c)는 일체로 형성될 수 있다.
요홈부(2200b)는 상기 제1바디(2200a)와 제2바디(2200c) 사이에 스테이터(2200)의 측면이 스테이터(2200)의 직경방향으로 함몰되고, 원주방향으로 연장되어 형성될 수 있다. 상기 요홈부(2200b)가 형성됨으로 인해, 스테이터(2200)의 표면적이 증가할 수 있다.
요홈부(2200b)로 인해 스테이터(2200)의 표면적이 증가하고, 증가된 표면적은 방열면적을 넓히므로, 실시예의 로터(2100)와 스테이터(2200)를 포함하는 모터는 냉각이 효율적으로 진행될 수 있다.
또한, 상기 요홈부(2200b)는 스테이터(2200)의 무게를 줄일 수 있으므로, 3축 회전 장치를 경량화할 수 있는 효과도 있다.
상기 요홈부(2200b)는 복수로 구비될 수 있고, 각각의 요홈부(2200b)는 상기 제3축(A3) 방향으로 정렬되도록 구비될 수 있다. 상기 요홈부(2200b)의 개수는 제3모터(330)의 냉각효율, 경량화의 필요성, 출력, 강성 등을 고려하여 적절히 선택할 수 있다.
마찬가지로, 제1모터(310) 및 제2모터(320)에 구비되는 스테이터(2200)도 제3모터(330)에 구비되는 요홈부(2200b)와 동일 또는 유사한 구조의 요홈을 가질 수 있다.
도 12는 일 실시예의 3축 회전 장치의 열전달 구조를 설명하기 위한 도면이다. 실시예에서 제1모터(310) 내지 제3모터(330)의 작동에 의해 발생하는 열, 제2모터제어부(511) 및 제3모터(330)로부터 발생하는 열을 효과적으로 냉각할 필요가 있다.
따라서, 실시예에서는 제1프레임(510) 내지 제3프레임(530), 제1하우징(210) 내지 제3하우징(230) 및 제1커버(610) 내지 제2커버(620)는 열전달율이 크고, 내식성이 우수한 재질 예를 들어, 알루미늄으로 구비될 수 있다.
또한, 열이 발생하는 부품인 제1모터(310) 내지 제3모터(330), 제2모터제어부(511) 및 제3모터(330)는 상기 제1프레임(510) 내지 제3프레임(530)과 직접 접촉되도록 배치될 수 있다.
이러한 구조로 인해, 도 12를 참조하면, 예를 들어, 제2모터(320) 및 이와 인접하게 배치되는 제2모터제어부(511)로부터 발생하는 열은, 화살표로 도시된 바와 같이, 제2모터(320) 및 제2모터제어부(511)와 직접 접촉한 제1프레임(510) 및 제2프레임(520)으로 전도에 의해 효과적인 열전달이 발생할 수 있다.
제1프레임(510) 및 제2프레임(520)으로 전달된 열은 상기 제1프레임(510) 및 제2프레임(520)과, 이들에 각각 결합하는 제1커버(610) 및 제2커버(620)를 통해 3축 회전 장치 외부로 방출될 수 있다.
또한, 제2모터(320)와 유사한 구조를 가지는 제3모터(330)도 마찬가지로, 제3모터(330)에서 발생하는 열이 제2프레임(520) 및 제3프레임(530)과 제2커버(620)를 통해 3축 회전 장치 외부로 효과적으로 배출될 수 있다.
한편, 도 12에는 도시을 생략하였으나, 제1하우징(210) 내지 제3하우징(230)은 제1프레임(510) 내지 제3프레임(530)과 직접 접촉하도록 배치되므로, 제1하우징(210) 내지 제3하우징(230)을 통해서도 3축 회전 장치 외부로 열이 방출될 수 있다.
실시예에서, 제1프레임(510) 내지 제3프레임(530), 제1하우징(210) 내지 제3하우징(230) 및 제1커버(610) 내지 제2커버(620)는 열전달율이 큰 알루미늄으로 형성되고, 이들에 의해 3축 회전 장치가 외부에 노출되는 표면적이 크게 증가하므로, 제1모터(310) 내지 제3모터(330), 제2모터제어부(511) 및 제3모터(330)는 효과적으로 냉각될 수 있다.
도 13은 일 실시예의 제3프레임(530) 및 카메라(700)의 구조를 설명하기 위한 도면이다. 도 13에 도시된 바와 같이, 카메라(700)는 제3프레임(530)에 탈부착 가능하도록 구비될 수 있다.
카메라(700) 장착을 위해, 제3프레임(530)에는 장착홈(531)이 형성되고, 카메라(700)의 일부는 상기 장착홈(531)의 형상에 대응하는 형상으로 구비될 수 있다.
한편, 카메라(700)가 용이하게 제3프레임(530)에 장착되도록 하기 위해, 상기 장착홈(531)에는 레일홈(531a)이 형성될 수 있다. 카메라(700)는 상기 레일홈(531a)에 대응되는 형상을 레일이 형성될 수 있고, 카메라(700)의 레일이 상기 레일홈(531a)에 장착됨으로써, 카메라(700)는 제3프레임(530)에 안정적으로 장착될 수 있다.
한편 제3프레임(530)에는 카메라(700)와 구동부(100)를 전기적으로 연결하는 회로기판이 배치될 수 있다. 상기 회로기판과 카메라(700) 간 전기적 연결을 위한 소켓(미도시)이 회로기판과 카메라(700) 각각에 형성될 수 있다.
이러한 소켓들은 서로 탈부착 가능하도록 구비되므로, 카메라(700)를 제3프레임(530)에 장착하면, 상기 소켓들에 의해 카메라(700)와 제3프레임(530)에 배치되는 회로기판은 서로 전기적으로 연결될 수 있다.
한편, 카메라(700)를 상기 제3프레임(530)에 안정적으로 결합하기 위해, 카메라(700)와 제3프레임(530)을 고정하는 볼트, 나사못 등의 체결기구를 사용할 수도 있다. 이러한 체결기구를 결합하기 위해, 상기 제3프레임(530)에는 예를 들어, 스크류홀(screw hole)이 형성될 수도 있다.
실시예에서, 카메라(700)는 제3프레임(530)에 탈부착 가능하도록 구비되므로, 카메라(700)의 수리 또는 교체를 용이하게 할 수 있는 효과가 있다.
실시예와 관련하여 전술한 바와 같이 몇 가지만을 기술하였지만, 이외에도 다양한 형태의 실시가 가능하다. 앞서 설명한 실시예들의 기술적 내용들은 서로 양립할 수 없는 기술이 아닌 이상은 다양한 형태로 조합될 수 있으며, 이를 통해 새로운 실시형태로 구현될 수도 있다.
실시예에 따른 3축 회전 장치는 비행체에 등에 사용될 수 있다.

Claims (10)

  1. 구동부;
    상기 구동부와 결합하는 제1하우징;
    상기 제1하우징 내에 배치되는 제1모터;
    제2하우징 내에 배치되는 제2모터;
    제3하우징 내에 배치되는 제3모터;
    상기 제1모터의 외주보다 길고 상기 제1모터의 일부를 둘러싸도록 배치되는 제1연결부;
    상기 제2모터의 외주보다 길고 상기 제2모터의 일부를 둘러싸도록 배치되는 제2연결부; 및
    상기 제3모터의 외주보다 길고 상기 제2모터의 일부를 둘러싸도록 배치되는 제3연결부를 포함하고,
    상기 제1연결부는 연성재질로 형성되고 상기 제1하우징 내에 배치되며, 상기 구동부와 전기적으로 연결되는 3축 회전 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1모터와 결합되고 회전 가능한 제1프레임을 포함하고,
    상기 제1연결부는 상기 제1프레임의 회전 동작에 의해 상기 제1모터의 주위를 따라 감기거나 풀리는 제1유동부를 포함하는 3축 회전 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1연결부의 일측은 커넥터와 연결되고, 타측은 프레임에 고정되는 3축 회전 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1연결부는 연성회로기판이고, 상기 구동부와 상기 제1모터를 전기적으로 연결하고,
    상기 제2연결부는 연성회로기판이고, 상기 제1모터와 상기 제2모터를 전기적으로 연결하고,
    상기 제3연결부는 연성회로기판이고, 상기 제2모터와 상기 제3모터를 전기적으로 연결하는 3축 회전 장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 제2모터와 결합되고 회전 가능한 제2프레임을 포함하고,
    상기 제2연결부는 상기 제2프레임의 회전 동작에 의해 상기 제2모터의 주위를 따라 감기거나 풀리는 제2유동부를 포함하고,
    상기 제3모터와 결합되고 회전 가능한 제3프레임을 포함하고,
    상기 제3연결부는 상기 제3프레임의 회전 동작에 의해 상기 제3모터의 주위를 따라 감기거나 풀리는 제3유동부를 포함하는 3축 회전 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1프레임은 상기 제2모터와 상기 제2축 방향으로 대응하는 위치에 상기 제2모터의 작동을 제어하는 제2모터제어부가 장착되고,
    상기 제2프레임은 상기 제3모터와 상기 제3축 방향으로 대응하는 위치에 상기 제3모터의 작동을 제어하는 제3모터제어부가 장착되는 3축 회전 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제2모터제어부는 상기 제1연결부와 결합하는 제1커넥터와 상기 제2연결부와 결합하는 제2커넥터를 포함하고,
    상기 제2커넥터는 상기 제2모터제어부의 상기 제2축 방향으로 절곡되고 연장되어 형성된 부위에 결합하는 3축 회전 장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 제3모터제어부는 상기 제2연결부와 결합하는 제3커넥터와 상기 제3연결부와 결합하는 제4커넥터를 포함하고,
    상기 제4커넥터는 상기 제3모터제어부의 상기 제3축 방향으로 절곡되고 연장되어 형성된 부위에 결합하는 3축 회전 장치.
  9. 구동부와 결합하는 제1하우징;
    상기 제1하우징 내에 배치되는 제1모터;
    상기 제1모터와 회전가능하도록 결합되는 제1프레임;
    상기 제1프레임과 결합하는 제2하우징;
    상기 제2하우징 내에 배치되는 제2모터;
    상기 제2모터와 회전가능하도록 결합되는 제2프레임;
    상기 제1모터와 상기 제1하우징 사이에 배치되는 제1연결부; 및
    상기 제2모터와 상기 제2하우징 사이에 배치되는 제2연결부를 포함하고,
    상기 제1연결부는 상기 제1프레임의 회전 동작에 의해 상기 제1모터의 주위를 따라 감기거나 풀리고,
    상기 제2연결부는 상기 제2프레임의 회전 동작에 의해 상기 제2모터의 주위를 따라 감기거나 풀리는 3축 회전 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1연결부는 연성재질로 형성되고 상기 제1하우징 내에 배치되며, 상기 구동부와 전기적으로 연결되는 3축 회전 장치.
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